[发明专利]螺杆泵及其在井孔中的操作方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种螺杆泵和一种用于在井孔诸如在石油和天然气井筒中操作该螺杆泵的方法。

背景技术

一种螺杆泵，通常又被称为Moineau泵，包括两个接口螺旋部件即一个定子和一个转子。典型地，该定子包括可附接到一根油管柱上的一个圆柱形金属外壳以及被安装到该金属外壳的内部上的一个弹性体的螺旋和纵向延伸的空腔。典型地，该转子包括可附接到一根杆柱上的一根金属螺旋杆。作为一般原理，该转子具有比该定子少一个螺旋级(helical order)的螺旋，即，该转子具有螺旋级n并且该定子具有n+1的螺旋级。例如，当该转子是螺旋级n＝1的单螺旋时，该定子具有螺旋级n＝2的双螺旋，并且当该转子是具有n＝2的双螺旋时，该定子是具有n＝3的三螺旋，等等。在这类配置中，开腔存在于该泵内。在该定子内旋转该转子将会致使这些空腔前进并且作为泵来操作。旋转装置典型地由一个电机提供，该电机通过一根杆柱驱动该转子。螺杆泵对抗大于进入压力的排放压力而操作的能力与该泵内的级数成比例。一个级等于该定子的一个节距，并且由该定子螺旋的一个转数限定。对于给定的螺旋几何结构，该泵的加压能力随着级增加而增加，并且该泵的长度成比例地增加。然而，随着泵中的级数增加，要驱动该转子所要求的转矩由于该泵变得更长而同样增加。

由于螺杆泵能够处理载有粘性和固体微粒的流体，它们是特别有用的，并且已经在多种应用包括运输食物、泥浆、污水和乳液中得以采用。乳液可以由多种不同的流体组成，包括但不限于石油、水、沙和烃气体的一种混合物。当泵送通常地‘粗糙’流体时，该泵趋向于随着时间磨损直到它不再有效的时刻。一旦螺杆泵不再有效，就必须替换它。在一些应用中，由于泵零件的成本以及检修该泵(并且具体地该定子)所做出的努力，替换螺杆泵的成本可能是过高的。

其中检修该定子是特别具有挑战性的和成本高的一个应用是在石油或水井筒中泵送。在井筒应用中，该泵通常被安装在地平面以下高达几千英尺。用于安装这一泵的现行做法涉及将该定子附接到该井筒的油管柱上，并且在该定子上方或下方在该油管柱中提供向内突出的一个限制器，该限制器被用来相对于该定子定位该转子(对应地称为“顶部定位”或“底部定位”)；接着使用一个维修钻塔将具有该限制器和该定子的该油管插入该井孔之中。该转子被附接到一根杆柱上，使用该维修钻塔将该杆柱插入该油管柱中；使该杆柱和该转子下降直到与该限制器相接触，在此刻该转子相对于该定子的位置是已知的并且可以完成一个转子隔开程序。在不与该向内突出的限制器或泵部件冲突的情况下，可以将多种其他工具附接到该杆柱或该油管柱之上。

总体上，井筒中所使用的螺杆泵以提供将流体带入表面所要求的加压能力或者升力的长度制造和出售。如果一位钻井操作者对一个具体的泵的加压能力和几何结构满意，他也许典型地只会关心该泵的长度是否达到或者超过用于安装所要求的极限，或者转矩是否是一个潜在的问题。总的来说，该杆柱和该转子能够被一个比称为旁冲单元(flush-by unit)的维修钻塔更小、更便宜的单元取回并重新安装。然而，该旁冲单元通常不能够取回或者安装该油管柱和该定子，因此当该泵已磨损并且需要维修/修理/替换时，再次需要该维修钻塔。该维修钻塔被部署成拉出该杆柱和该转子，并且接着拉出该油管柱和该定子。接着使用一个新的定子来替换该磨损的定子，并且该维修钻塔将具有新定子的该油管柱插入回到该井筒之中。同样可替换该磨损的转子，并且该维修钻塔将具有新转子的该杆柱插入回到该油管柱之中。这类工作趋向于在巨大开销和生产损失下花费操作者若干小时。

发明内容